操作系统--课堂问答笔记17--习题答案

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【4-2】

1. 根据你的理解，分页管理方式相对于分区分配管理方式有哪些显著的特点？（想到多少写多少）
   答：1）分区分配管理方式是把一个程序装入到一段连续的空间，程序在内存中的相对位置与装入之前是完全相同的，因此只要知道第一个字节放在内存的什么地方，其它的字节在内存的位置也是确定的，就像一个数组，只要知道数组的首地址，那么这个数组的任意元素的地址也是固定的（可以计算的）；但分页管理方式并不是把程序连续放置到内存的某一段区域中的，理论上程序的任何一页可以放到内存的任何一个物理块中（页的大小和内存块的大小是一样的），因此知道程序的第0页在内存的哪一块中，并不能确定程序中其它页的位置，因此在分页管理方式要维护一个页表，其是页面和物理块的映射关系表；
   2）分区分配管理方式可能存在内部碎片（固定分区）和外部碎片（动态分区），分页管理方式仅存在内部碎片（页内碎片）且只可能最后一页（在内存中就是最后一块）存在内部碎片，如果刚好程序的大小是页面大小的倍数，则还不存在碎片，因此分页管理方式相对于分区分配管理方式在内存使用效率方面得到大大的提高；
   3）分页管理方式相对于分区分配管理方式其逻辑地址到物理地址的转换相对复杂，必须有一套专门的地址变换机构；
   4）为程序的部分装入的实现提供了可能性，从而实现虚拟存储器技术（本章后面的内容）。分区分配管理——程序完全装入（在内存中连续），基本分页/段管理——程序完全装入（在内存中不连续），请求分页/段管理——程序不完全装入（即部分装入，在内存中也不连续）

2. 如何实现分页管理的地址变换？
   答：分页地址中的地址结构有两部分：前一部分是页号P，后一部分为页内位移量W（或称为页内地址）。如下图所示：如果逻辑地址空间是2的m次方，页面大小是2的n次方（字节），那么逻辑地址的高m-n位是页号，低n位是页内偏移量。
   假设是32位处理机，则两部分的地址长度为32位，又如果每页大小是4KB，则4KB =2^12，则0～11位（计12位）为页内偏移地址位、12~31位（计20位）为页号位，即最多可以有的页数（也就是页表项的个数）=2 ^20=1MB。
   若给定一个逻辑地址空间中的地址为A，页面的大小为L，则页号P和页内地址W可按下式求得：
   P=INT(A/L); W=(A)MOD(L)
   其中，INT是整除函数，MOD是取余函数。例如，系统的页面大小是1KB（1024B），设A=2170B，则得出P=2，W=2170-2048=122
   
   接下来去查找页表，找出与页号P=2对应的物理块号（设为5），那么A对应的物理地址=物理块号块大小+块内地址=51024B+122=5242 B（注意题目使用的进制，若题目给的是d进制则你的物理地址的答案也是d进制，d一般是10或16）
   还有一种计算方法，课后补充（本节课逻辑地址到物理地址的转换是重点）

3. 如何理解快表？
   答：快表就是存放在高速缓冲存储器中的部分页表（就是完整页表的一部分），用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。作为页表的Cache，它的作用与页表相似，但是提高了访问速率。由于采用页表做地址转换，读写内存数据时CPU要访问两次主存（先访问页表<页表也是存在内存中的>，计算得到物理地址后再访问内存）。有了快表，有时只要访问一次高速缓冲存储器，一次主存，这样可加速查找并提高指令执行速度。
   系统总是先通过页号与快表中的所有表项进行比较。如果发现匹配的页，则将块号直接从快表中取出，而不必通过页表。用该块号与页内位地址进行拼接，形成所需要的物理地址。如果快表中没有匹配的页号时，系统再去访问页表查找块号。

4. 在采用分页管理系统中，逻辑地址结构长度为18位，其中11至17位表示页号，0至10位表示页内位移量。若有一作业依次被放入2、3、7号物理块中（即第0页放在第2块，第1页放在第3块，第2页放在第7块——也就是页表）。请问：
   1）如果物理地址占20位，则内存空间可分多少块，每块有多大？
   2）逻辑地址09C4H对应的物理地址为多少？
   答：1）如果物理地址占20位，则内存容量为2的20次方，即2^{20=1M，每块的大小：为2}11=2048=2K (等于逻辑地址页大小)，可分1M/2K=512块。
   2）通过逻辑地址09C4H=2500（10进制），计算页号P=2500/2048=1，页内地址W=2500 MOD 2048=452，则对应的物理地址：3*2048+452=6596=19C4H，注意看一下09C4H与19C4H，实际上不用转10进制的，课后思考一下为什么？结合下面的图理解一下：